Supergeleiding bij hoge temperaturen is een soort heilige graal voor onderzoekers die kwantummaterialen bestuderen. Supergeleiders, die elektriciteit geleiden zonder energie te verspillen, beloven een revolutie teweeg te brengen in onze energie- en telecommunicatiesystemen. Supergeleiders werken echter meestal bij extreem lage temperaturen, waarvoor uitgebreide vriezers of dure koelmiddelen nodig zijn. Om deze reden hebben wetenschappers meedogenloos gewerkt aan het begrijpen van de fundamentele mechanismen die aan de basis liggen van supergeleiding bij hoge temperaturen met als uiteindelijk doel het ontwerpen en ontwikkelen van nieuwe kwantummaterialen die supergeleidend zijn in de buurt van kamertemperatuur.

Fabio Boschini, professor aan het Institut national de la recherche scientifique (INRS), en Noord-Amerikaanse wetenschappers bestudeerden de dynamiek van het supergeleider yttrium barium koperoxide (YBCO), dat supergeleiding biedt bij hogere dan normale temperaturen, via tijdsopgeloste resonantie Röntgenverstrooiing bij de Linac Coherent Light Source (LCLS) vrije-elektronenlaser, SLAC (VS). Het onderzoek is op 19 mei gepubliceerd in Science . In deze nieuwe studie hebben onderzoekers kunnen volgen hoe ladingsdichtheidsgolven in YBCO reageren op een plotselinge "uitdoving" van de supergeleiding, veroorzaakt door een intense laserpuls.

"We leren dat ladingsdichtheidsgolven - zelfgeorganiseerde elektronen die zich gedragen als rimpelingen in water - en supergeleiding op nanoschaal op ultrasnelle tijdschalen interageren. Er is een zeer diep verband tussen het ontstaan ​​van supergeleiding en ladingsdichtheidsgolven", zegt Fabio Boschini, co -onderzoeker van dit project en aangesloten onderzoeker bij het Stewart Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI).

"Tot een paar jaar geleden onderschatten onderzoekers het belang van de dynamiek in deze materialen", zegt Giacomo Coslovich, hoofdonderzoeker en Staff Scientist bij het SLAC National Accelerator Laboratory in Californië. "Tot deze samenwerking tot stand kwam, hadden we echt niet de tools om de golfdynamiek van de ladingsdichtheid in deze materialen te beoordelen. gebruik van een vrije-elektronenlaser om nieuw inzicht te bieden in de dynamische eigenschappen van materie."

Dankzij een beter beeld van de dynamische interacties die ten grondslag liggen aan supergeleiders bij hoge temperaturen, zijn de onderzoekers optimistisch dat ze kunnen samenwerken met theoretische fysici om een ​​raamwerk te ontwikkelen voor een meer genuanceerd begrip van hoe supergeleiding bij hoge temperaturen ontstaat.

Samenwerking is de sleutel

Het huidige werk is tot stand gekomen door een samenwerking van onderzoekers van verschillende toonaangevende onderzoekscentra en bundellijnen. "We begonnen onze eerste experimenten eind 2015 uit te voeren met de eerste karakterisering van het materiaal bij de Canadese lichtbron, zegt Boschini. In de loop van de tijd kwamen er bij het project veel Blusson QMI-onderzoekers bij, zoals MengXing Na, die ik begeleidde en introduceerde. aan dit werk. Ze was een integraal onderdeel van de data-analyse."

"Dit werk is om een ​​aantal redenen zinvol, maar het laat ook echt het belang zien van het vormen van langdurige, zinvolle samenwerkingen en relaties", zegt Na. "Sommige projecten duren erg lang, en het is een verdienste van Giacomo's leiderschap en doorzettingsvermogen dat we hier zijn gekomen."

Het project heeft ten minste drie generaties wetenschappers met elkaar in verband gebracht, waarvan sommigen in hun postdoctorale loopbaan en in facultaire functies hebben gevorderd. De onderzoekers zijn verheugd om dit werk uit te breiden door licht te gebruiken als een optische knop om de aan-uit-toestand van supergeleiding te regelen. + Verder verkennen

Studie levert nieuwe mogelijkheden op voor het activeren van supergeleiding bij kamertemperatuur met licht